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운동의지장애 환자의 조기 선별을 위한 정상인의 손가락 힘 특성 분석 Analysis of Finger Force Control Capabilities for Early Detection of Motor Intentional Disorders (MIDs) Patients . 2012. 11. 2. 박현지 1 , 이백희 1 , 정기효 2 , 이병화 3 , 나덕렬 3 , 유희천 1 1 포항공과대학교 산업경영공학과 2 울산대학교 산업경영공학부 3 성균관의대 삼성서울병원 신경과.

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2012. 11. 2

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Presentation Transcript

  1. 운동의지장애 환자의 조기 선별을 위한 정상인의 손가락 힘 특성 분석 Analysis of Finger Force Control Capabilities for Early Detection of Motor Intentional Disorders (MIDs) Patients 2012. 11. 2 • 박현지1, 이백희1,정기효2, 이병화3, 나덕렬3, 유희천1 • 1포항공과대학교 산업경영공학과 • 2울산대학교 산업경영공학부 • 3성균관의대 삼성서울병원 신경과

  2. 목 차 • 연구 배경 및 필요성 • 연구 목표 • 연구 절차 • 손가락 힘 측정 시스템 개발 • 정상인 힘 측정 실험 • 정상인 힘 특성 분석 결과 • 토의

  3. 운동의지장애의 임상적 중요성 • 운동의지장애(motor intentional disorders, MIDs) • 뇌 손상으로 인해 신체를 움직이려는 의지가 저하되는 장애(Seo et al., 2009) • 병인: 전두엽(frontal lobe) 내 운동전영역(premotor region) 손상 • 혈관성 치매 환자에서 초기에 주로 나타남(홍재란, 2010) • 파킨슨병 환자의 80 ~ 90%에서 운동완서증 발생(Weintraub, 2008) premotor area frontal lobe MIDs 발병 원인 정상 뇌(좌)와피질하혈관성 치매 환자 뇌(우) • 운동의지장애는 뇌 손상 질환에 따라 나타나는 정도의 차이가 있으나, 대부분의 환자는 발병 초기에 운동의지장애가 나타나 조기 진단이 중요함

  4. MIDs 유형 • 운동국면에 따른 3가지 MIDs 유형(Heilman, 2004) • 운동저하증(hypokinesia): 동작의 시작이 지연되는 장애 • 운동지속불능증(motor impersistence): 동작의 지속에 문제가 있는 장애 • 운동보속증(motor perseveration): 동작의 종결이 지연되는 장애 운동저하증 운동지속불능증 운동보속증 도달 유지 종결 시작    힘의 네 가지 운동국면

  5. 기존 MIDs 평가 방법의 한계점 • 기존 MIDs 평가: 임상가에 의한 환자의 행동 관찰을 통해 운동의지장애 유무를 진단(Crucian et al., 2007; Heilman, 2004) • 운동저하증: 눈 감은 상태에서 한 손의 자극에 대한 반대 손의 반응 여부 검사 • 운동지속불능증: 눈 감은 상태를 20초 간 유지하는지의 여부 검사 • 운동보속증: 제시되는 그림에 대한 luria loop의 중복 여부 검사 운동저하증 운동지속불능증 운동보속증 Stop 20 초 ? ? Drawing luria loop Crossed response inhibition (CRI) task Eye closure task ⇒ 운동국면 별 운동의지장애 정도를 체계적이고 정량적으로 평가할 수 있는 시스템 개발이 필요함

  6. 연구 개관 SVaD Stroke 정상인 실험 손가락 힘 측정 장비개발 정상인 힘 특성 규준 수립 뇌 손상 환자 조기 선별을 위한 시스템 개발 뇌 손상 환자 실험 • * svMCI: 피질하혈관성 경도인지장애 환자 • * SVaD: 피질하혈관성 치매 환자 • * Stroke: 뇌졸중 환자 생체지표 정상인 힘 규준 svMCI 운동국면 별 힘 특성 분석 결과  운동의지장애 환자 조기 선별을 위한 정량적 진단 시스템 개발

  7. 연구 목적 운동의지장애 환자의 조기 선별을 위한 정상인의 손가락 힘 특성 분석 • 손가락 힘 측정 시스템 개발 • 운동국면(시작, 도달, 유지, 종결) 별 힘 통제 특성 정량화 척도 도출 • 운동국면 별 힘 통제 특성 평가 방법 개발 • 정상인 힘 특성 규준 수립 및 특성 분석 • 힘 특성에 대한 4가지 인자(연령대, 성별, 손 위치, 공간 위치)의 효과 분석 • 정상인과 뇌 손상 환자의 힘 특성 비교

  8. 연구 방법 ▪ 선행 연구 리뷰를 통한평가 척도 도출 ▪ 힘 통제 특성 평가 방법 개발 S1. 운동국면 별 평가방법 정립 ▪ H/W: finger touch (FT) 장비 개발 ▪ S/W: 운동국면 별 프로그램 개발 S2. 손가락 힘 측정시스템 개발 ▪ 실험대상: 20~ 70대 정상인 ▪ 운동국면 별 손가락 힘 특성 측정 S3. 정상인 힘 특성 측정실험 ▪ 정상인 힘 특성 분석 및 규준 수립 ▪ 뇌 손상 환자의 힘 특성과 비교 S4. 정상인 힘 특성 분석

  9. S1. 운동국면 별 평가 방법 정립 • 운동국면 별 평가 척도(Seo et al., 2009) 9.8N 도달 유지 종결 시작

  10. S2. 손가락 힘 측정 시스템 개발: H/W 15cm 1 / 3 Screen • 장비 구성 • Finger touch (FT) 장비(SeedTech Co., South Korea) • 운동국면 별 손가락 힘 측정 • 압력 sensor (load cell) 사용(precision = 0.196 N, sampling rate = 30 ~ 32 Hz) • 19인치 모니터(FLATRON L1940P, LG Electronics Co., South Korea) Sensor 70cm 50cm Sensor 시스템 구성(검사 조건 예: 왼손 왼쪽)

  11. S2. 손가락 힘 측정 시스템 개발: S/W 2 / 3

  12. S2. 손가락 힘 측정 시스템 개발: S/W (cont.) 3 / 3

  13. S3. 정상인 힘 특성 측정 실험: 실험 환경 1 / 2 • 실험참여자: 정상인 344명(표 참조; 총 360명 실험 예정) • 네 가지 국면 별로 검지손가락으로 실험 • 4-factor mixed-subjects design • b-s-f-: 연령대(20 ~ 70대), 성별(남, 여) • w-s-f: 손 위치(좌, 우), 공간 위치(좌, 우) → 실험 조건 • 반복 횟수: 각 실험 조건 별 4회 왼손 왼쪽 왼손 오른쪽 표. 연령별 및 성별 실험참여자 오른손 오른쪽 오른손 왼쪽 * 연령대 및 성별 목표 실험 인원: 30명 네 가지 검사 조건

  14. S3. 정상인 힘 특성 측정 실험: 실험 절차 2 / 2 1인당 실험시간: 20분 S1. Preparation ※ 검사 순서:random (3 min) S2. Practice (5min) S3. Main experiment (10 min) S4. Debriefing (2 min)

  15. S4. 결과: Total 1 / 3 • 정상인 손가락 힘 특성에 대한 연령대, 성별, 손 위치, 공간 위치의 효과 분석 표. 운동국면 별 정상인 힘 특성 ANOVA p-value table ※3인자 이상의 교호 작용 무시 ⇒ 정상인의 힘 특성은 모든 국면에서 연령대 효과가 유의함 ⇒ 정상인은 운동국면에 따라 힘 특성에 영향을 주는 요인이 다르게 분석됨

  16. S4. 결과: 시작, 도달, 종결 국면 2 / 3 • 정상인은 연령이 높을수록 힘 시작, 도달, 종결 시간이 느려짐 (시작: F(5, 319) = 16.22, p < 0.001; 도달: (F(5, 321) = 3.03, p < 0.001); 종결: (F(5, 296) = 22.27, p < 0.001) ※ MD = mean difference ※ 반응시간에 따라 연령대를 내림차순으로 정렬 MD = 89 msec MD = 58 msec MD = 20 msec Time (msec) Age group 도달국면 시작국면 종결국면 ⇒ 70대는 다른 연령에 비해 시작, 종결작업 시 반응 시간이 느림 ⇒ 정상인의 종결 반응시간은 시작 반응시간에 비해 102 msec만큼느린 것으로 분석됨

  17. S4. 결과: 유지 국면 3 / 3 • 정상인은유지 국면에서 연령대와 성별에 따른 유의한 차이를 보임 • 연령대 효과: 연령 ↑ → 유지 능력 ↓ (F(5, 320) = 40.89, p < 0.001) • 성별 효과: 남성 > 여성 (F(1, 320) = 38.55, p < 0.001) MD = 254 mN MD = 87 mN Age group Gender *MD= mean difference ⇒ 정상인 20 ~ 50 대의 지속 능력은 유사한 것으로 분석됨 ⇒ 70대의 지속 능력은 60대를 전후로 현저히 저하됨 ⇒남성이 여성보다 87 mN만큼 유지를잘하는경향을 보임

  18. 유용성 검증: 정상인 vs. 뇌 손상 환자 • 기존 뇌손상 환자 실험 결과와 비교(Yoon et al., under review; Seo et al., 2009) • 정상인과 SVaD, stroke 환자의 국면 별 힘 특성은 1.5 ~ 11.3배의 차이를 보임 정상인 환자 시작국면 도달국면 유지국면 종결국면 ※ NC: 정상인, aMCI: 기억상실성 경도인지장애, svMCI: 피질하혈관성 경도인지장애 환자, SVaD: 피질하혈관성 치매 환자, Stroke: 뇌졸중 환자 • ⇒ 정상인 힘 특성 규준: 뇌 손상 환자의 MIDs유무 및 정도를 정량적으로 평가하는데 • 활용될 수 있음

  19. 토의 • 정량적힘 특성 측정 시스템 개발 • 손가락 힘 측정을 통한 운동국면 별 정량적 평가 방법 개발 ⇒기존 정성적 평가 방법을 보완하여 보다 정확한 진단에 기여할 수 있음 • 정상인 힘 특성 파악 • 시작, 도달, 종결국면: 연령 ↑ →반응시간 ↓ • 유지국면: 70대 <20 ~ 50대, 2.1배 • 종결국면 반응시간 > 시작국면 반응시간: 종결 검사는 single task로 이루어진 시작 검사와 달리 multi-task를 처리하는 작업으로, 반응 시간이 느린 것으로 추정됨 • 유용성 검증: 정상인과 뇌 손상 환자의 힘 특성 비교 • 운동능력: SVaD, stroke 환자 < 정상인, 1.5 ~ 11.3배 ⇒개발된 FT 장비는 뇌 손상 환자의 운동의지장애 정도를 평가할 수 있는 도구로 활용 될 수 있을 것으로 기대됨

  20. 추후 연구 Things done 손가락 힘 측정 시스템개발 Stroke Things to do SVaD 정상인의 힘 특성 파악 (normative database) 연령대, 성별, 손/공간 위치에 따른 4가지 운동국면 별 힘 특성 파악 정상인 힘 특성 규준 수립 정상인 실험 뇌 손상 환자 조기 선별을 위한 진단 시스템 개발 뇌 손상 환자 실험 생체지표 다양한 뇌 손상 환자의 손가락 힘 특성 파악 1) 뇌 손상 환자군 선별 2) 운동국면 별 손가락 힘 특성 측정 3) 환자 분류 별 특성 도출 운동의지장애 판별모형 개발 정상인과 뇌 손상 환자의 운동국면 별 힘 특성을 분석하여 선별 기준 마련 정상인 힘 규준 운동국면 별 힘 특성 분석 결과 svMCI  Validation 운동의지장애 환자 조기 선별을 위한 정량적 진단 시스템 개발

  21. Q & A Thank you for your attention

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